IntroductionLes éruptions provoquent des variations rapides et importantes des flux électromagnétiques et des flux de particules très énergétiques envoyées dans le milieu interplanétaire. Nous allons maintenant voir quelles peuvent être les conséquences sur Terre de telles variations.
Les particules (électrons, protons, ions) émises par le vent solaire ou lors des diverses éruptions solaires se propagent librement dans le milieu interplanétaire. Elles vont donc rencontrer des obstacles comme des comètes, des astéroïdes ou des planètes. Nous allons nous intéresser rapidement au cas de la Terre.
La Terre possède un champ magnétique propre (engendré par les mouvements du noyau liquide de fer) dont les pôles nord et sud sont proches (mais non confondus) avec les axes de rotation de la planète. Cette enveloppe magnétique entourant notre planète s’appelle la magnétosphère. Elle permet de dévier les particules du vent solaire. Elle est donc comme une sorte de bouclier magnétique qui protège notre planète des particules très énergétiques et dévastatrices pour toute forme de vie.
La magnétosphère subit aussi la pression du vent solaire : elle est comprimée du côté «jour» et allongée du côté «nuit». La limite extrême de la magnétosphère dans la direction du Soleil est située environ 60 000 km et s'étend sur des distances beaucoup plus considérables dans la direction anti-solaire. La Lune qui gravite à 300 000 km autour de la Terre est donc à l’intérieur ou à l’extérieur de ce bouclier magnétique.
Mais, selon l’orientation relative des lignes de champ magnétique terrestres et interplanétaires, des particules peuvent pénétrer le bouclier magnétique terrestre.
En savoir plusLes particules du vent solaire sont électriquement non neutres. Elles se déplacent en spiralant le long des lignes de champ magnétique interplanétaire. Comme des trains se déplaçant le long de lignes de chemin de fer, elles ne peuvent passer d’une ligne de champ magnétique à une autre que s’il existe une sorte d’aiguillage. Celui-ci peut se produire lors de reconnexion des lignes de champ magnétique de la Terre et du Soleil comme illustré dans le film ci-contre.
Les aurores polaires (boréales dans l’hémisphère nord, australes dans l’hémisphère sud) sont une première manifestation de la précipitation des particules du vent solaire dans la basse atmosphère de la Terre. Les aurores sont des phénomènes courants. Elles se produisent même en période de Soleil calme. Elles ne sont généralement observables qu’aux environs des cercles polaires (nord et sud) formant ainsi un ‘ovale auroral’. En cas de très fortes éruptions solaires, les aurores peuvent être observées à beaucoup plus basses latitudes et remplir l’intégralité de l’ovale auroral.
Si les aurores sont sans danger, la pénétration de particules énergétiques dans notre environnement peut avoir des conséquences plus dramatiques pour nombre de systèmes industriels et technologiques. Le graphe suivant résume les systèmes particulièrement sensibles.
Lorsque de très fortes éruptions solaires, l'intrusion brutale et massive de particules énergétiques dans l'environnement magnétique de la Terre induit des fluctuations importantes du champ magnétique de la Terre. Ces fluctuations induisent des champs électriques qui créent eux-mêmes des différences de potentiel (voltage) d'autant plus importantes sur des structures conductrices de grande dimension. Des nouveaux courants, induits par ces perturbations magnétiques, vont s’écouler le long de structures conductrices, comme par exemple les lignes à haute tension, les oléoducs ou gazoducs, les cables sous marins etc.
Les centrales électriques fonctionnent très souvent en régime maximum (ou très proche du maximum). Un gros surplus de courant peut alors provoquer des surtensions dans les transformateurs et conduire à leur rupture totale. C’est ce qui s’est passé au Canada le 13 mars 1989 : en l'espace de 90 secondes, le Québec a été privé de la moitié de sa production électrique plongeant la population dans un black-out électrique qui a duré près de neuf heures.
Des études récentes ont montré qu'une éruption équivalente à celle qui s'est produite en mai 1921 priverait d'électricité près 130 millions de personnes aux US.
L'écoulement de courant le long des oléoducs provoque des corrosions prématurées des conduites. Passant souvent dans des régions protégées, ces structures nécessitent donc une maintenance particulière.
Les communications longues distances (radio par exemple) utilisent l’ionosphère comme « miroir » pour renvoyer les signaux vers la Terre. Lors de fortes éruptions, les courants ionosphériques sont perturbés entraînant par la même occasion des perturbations des transmissions, voire des coupures totales. Les grandes stations de radio françaises ont pour cela des services chargés du suivi de l’activité solaire pour mettre en place les mesures nécessaires à la bonne transmission des programmes.
Les avions peuvent également subir des black-out de communication (l'exemple le plus célèbre étant celui de Air Force One en 1984, avec le Président de Etats-Unis à son bord).
Enfin, les vols longues distances passent souvent près des pôles, là où viennent se précipiter les particules. Comme ils s’effectuent en plus à haute altitude, les passagers et équipages d’avion peuvent être irradiés. Le problème se pose surtout dans le cas de multiples expositions (vols réguliers, pour les équipages par exemple). C’est une question prise très au sérieux. La Direction Générale de l’Aviation Civile (DGAC) en partenariat avec l’IPEV (Institut Pole Emile Victor), l’IRSN (L'Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire), l’Observatoire de Paris et le GSF (GSF-National Research Center for Environment and Health) collabore au service SIEVERT d’évaluation de l’irradiation et des conséquences sur la santé humaine.
Bien sûr, ce problème d’irradiation devient particulièrement critique pour tous les voyages habités en dehors de l’atmosphère et surtout de la magnétosphère terrestre. Comme nous l’avons vu, la Lune passe une partie de son temps en dehors de cette protection. Donc même pour aller sur la Lune, des mesures de protection importantes doivent être prises. Que dire alors de voyages vers d’autres planètes, telle que Mars…
Les flux électromagnétiques varient de façon importante au cours du cycle solaire et lors d’éruptions. C’est par exemple le cas pour les rayons X (nous avons vu que des augmentations d’un facteur 1000 ou plus surviennent en l’espace de quelques minutes lors d’éruptions). Les flux ultraviolets augmentent aussi considérablement.
Ceci a une conséquence directe sur notre atmosphère : celle-ci va en effet légèrement s’échauffer et donc augmenter de volume. Or, un grand nombre de satellites artificiels gravitent à des orbites relativement basses. Une augmentation du volume occupé par l’atmosphère terrestre implique une augmentation de la densité et donc des frottements des satellites qui perdent alors leur altitude.
Des mesures de suivi et de correction de l’altitude sont prises en permanence par les opérateurs et les agences spatiales (quand des moteurs de contrôle d'altitude sont présents sur les satellites, ce qui est loin d'être toujours le cas). Quand les corrections deviennent trop importantes, les satellites sont précipités dans l’océan, de façon contrôlée... ! C’est ce qui s’est passé pour la station orbitale russe MIR.
Le Soleil a bien évidemment une influence sur le climat de la Terre. C’est la seule source d’énergie externe que nous recevons.
Intégré sur toutes les longueurs d’onde, le flux solaire présente de très faibles variations : de l’ordre de 0,1% au cours du cycle solaire. Ces variations sont insuffisantes pour expliquer les changements de température observés.
Par contre, si l’on regarde les variations temporelles des flux en fonction de la longueur d’onde, on s’aperçoit que le flux UV varie de plus de 10% au cours du cycle solaire. Or, ce flux UV est responsable de l’état de la couche d’ozone. Mais ces variations sont liées à l’activité solaire et donc à un cycle de 11 ans.
La question du rôle du Soleil dans le réchauffement climatique doit être abordée du point de vue des échelles des temps et des cycles solaires. Mais ceci dépasse le cadre de ce cours.
En savoir plusPour aller plus loin, quelques références en français :
Bibliographieet quelques documents en anglais :